大型天然气管网系统可靠性

随着中国国民经济的快速发展,天然气需求量不断扩大。天然气管网作为连接资源与市场的纽带,已成为保障国民经济的生命线。中国拥有世界上最复杂、输送任务最艰巨的天然气管网系统。现有基于单一或少数管道的运行管理方法已不能满足大型管网系统安全生产需要,必须寻求更为科学合理的管理思路。本文首次提出大型天然气管网系统可靠性概念,分析了大型天然气管网系统可靠性面临的3个挑战：量化大系统可靠性、评价分系统（单元）可靠性、建立大系统与分系统之间的关联。同时,对大型天然气管网系统可靠性框架进行了初步设计,并针对中国天然气管道行业现状,提出大型天然气管网可靠性增强方案。     

基于人工智能技术的输气管道系统可靠性量化方法

天然气管网运行可靠性评估对于保障区域乃至全国天然气供应安全、改善大气环境、促进沿线经济社会发展都具有重要的意义。为了保障“全国一张网”的天然气干线管网运营机制以及上游油气资源多主体多渠道供应、中间“一张网”高效集输、下游市场化良性竞争油气市场体系（“X+1+X”体系）的安全稳定运行,借助于大数据、人工智能等现代信息技术,建立了基于长短期记忆神经网络（LSTM）方法的短周期用气量预测模型;然后基于单条管道系统的可靠性模型和各子系统可靠性先验概率等信息,结合可靠性计算失效原则和贝叶斯估计理论,提出了天然气管道系统可靠性的量化计算方法 ;进而以某城市192天真实用气量数据为样本,验证了该用气量预测模型的估计误差为1%～4%,得出了基于实际天然气管道的可靠性数值分析结果。结论认为,首次将人工智能技术与天然气管道系统可靠性结合起来,采用LSTM方法并基于多源异构海量数据进行短周期用气量预测,实现了天然气管道动态运行工况下的系统可靠性量化计算,为天然气管网的用气量估计和系统可靠性定量计算奠定了基础;所提出的方法在实际天然气管道系统中已经得到了应用和验证,为后续天然气管网系统可靠性研究提供了一条可行...     

新规新气象

正天然气管网设施运行调度与应急保供将实现有章可循、有法可依。7月15日,为深化石油天然气体制改革,保障天然气管网设施公平开放和安全、稳定、高效运行,国家发改委会同有关部门研究起草了《天然气管网设施运行调度与应急保供管理办法(试行)(征求意见稿)》(以下简称《办法》)。国家管网集团成立之前,天然气管网主要由三大国有石油公司、几十家省级管网公司及其他民营企业拥有和运营,     

复杂天然气管网周转量计算模型及其应用——以川渝天然气管网为例

管网周转量测算是控制管道运行现金成本、管道能源消耗,实现降本增效的措施之一。川渝天然气管网作为目前国内最复杂的区域性管网（由枝状管网和环形管网交错结合在一起）,具有进出气点多、管线压力等级复杂、管网输配调度灵活、调峰方式多样等特点,同时存在天然气气体流向复杂、原始数据采集不实时、计算周期难确定等问题。为此,根据该复杂天然气管网特点,建立了枝状管网和环状管网管线图模型,采用“微元法”原理和方法,建立了较为适合复杂天然气管网特点的周转量计算模型,将整个管网系统按照管理层级层层分解,将周转量的测算细分到每一管段,以作业区作为一个计算区间进行测算,再进行层层累加求和,即得到整个系统的周转量。通过对比实例计算,得出了用“微元法”计算复杂天然气管网周转量的方法较为符合川渝管网的实际的结论。该成果可为全国联网天然气管道周转量的测算提供借鉴,有助于联网管道的销售管理、结算管理和运行管理。鉴于复杂天然气管网的特殊性,可采用年度或季度平均法,在统计分析的基础上计算周转量。     

实施全国天然气管网大联通的战略构想

就国内天然气资源、消费市场及利用规划看，与工业发达国家一样，实施输气管网全国大联通是天然气工业发展的必然趋势与要求。分析实现管网联通存在的问题认识到：通过进行前瞻性规划、完善法律法规建设、完善相关国家技术标准、开发天然气利用新技术等措施，在全国范围内实施输气管网大联通是可行和紧迫而且必要的。一个完整的、科学的天然气大网络，不仅能优化国家资源配置与设备利用，而且能大大增强输气系统的安全性、可靠性和灵活性。     

基于简化拓扑结构的陕京天然气管网供气可靠性分析

为了定量分析结合了拓扑结构与水力计算的天然气管网的供气可靠性,以陕京天然气管网为分析对象,提出了一种通用的天然气长输管网系统供气可靠性评估方法。首先从上述天然气管网的拓扑结构入手,将站场与天然气管段视为网络结构的结点与链路单元,对系统进行了简化,建立了天然气管网系统的拓扑结构模型;然后通过设备失效数据库确定了系统各单元的事故率分布,耦合基于故障率分布的蒙特卡洛模拟生成了天然气管网的拓扑结构;最后再结合水力计算得到一定拓扑结构下陕京天然气管网的供气能力。结果表明:①无论是用气高月还是用气低月,该管网都保持了很高的供气可靠性;②陕京一、二、三线3条天然气管道构成了具有一定拓扑结构的供气网络,增加了系统的鲁棒性,从拓扑结构层面也提高了供气的可靠性。结论认为,该项研究成果给出了天然气管网供气可靠性的定量计算方法,为天然气管网供气可靠性分析提供了技术支持。     

油气管道 安全高效，技术前沿——推动管道高效建设与安全运行新理论、新技术的发展，不断提高油气管道输送技术与能力，进一步加强管道技术的交流与合作

2014中国油气论坛油气管道技术专题研讨会在廊坊召开,来自国内外的相关知名专家学者参加了会议。目前中国在高铜级、大口径、长距离天然气管道,复杂成品油管网和高黏易凝原油管道的建设和运行方面取得了令人鼓舞的成绩,建成了“西北、东北、西南、海上”四大油气战略通道,三纵四横管道走廊及覆盖全国的骨干管网,管道总里程已逾10万km。未来要进一步研究提高油气管道关键设备材料的可靠性和使用性能,研究油气管道安全优化运行节能减排技术,研究改善原油流动性、油品及天然气管道减阻等技术,研究管网规划、建设和运行中技术瓶颈问题。     

基于“全国一张网”的天然气调度应急系统设计与应用

随着天然气管网规模扩大、日趋复杂，相关运行数据量十分庞大，调控应急管理人员对应急事件信息的全面掌握难度越来越大。在数字化转型背景下，基于天然气“全国一张网”，在分析当前天然气管网调度应急管理现状的基础上，明确天然气管网调度应急系统需求。通过研究数据、模型、应用等要素，提出系统设计范围、技术框架，规划建设天然气管网调度应急数字化平台，在通用智能分析算法框架基础上研究管网应急专业算法并逐步建立算法模型知识库，进一步满足智慧管网、智能管道和智能调控。详细介绍了数据采集、数据整合及数据治理、建构模型、数据分析与应用、数据可视化。基于网络安全要求，给出系统接口设计，为管输企业数字化建设提供参考和借鉴。     

天然气管网改革，“办法”来了

正编者按:天然气管网业务是深化天然气行业改革的重点领域。近年来,国家陆续出台了多项与天然气管网建设、运营及监管有关的法规政策,对天然气管网改革进行了有益尝试。7月15日,国家发改委会同有关部门研究起草了《天然气管网设施运行调度与应急保供管理办法(试行)(征求意见稿)》(以下简称《办法》),进一步剑指深化石油天然气体制改革,保障天然气管网设施公平开放和安全、稳定、高效运行。     

大庆城市天然气管网GIS系统设计

随着城市居民燃气用户大幅度增加和结构的调整,城市天然气管网已经成为城市管网系统中非常重要的组成部分。借助GIS(地理信息系统)可充分了解城市天然气管网及设备的运转情况,提高管网调度和管理现代化水平,从而确保整个天然气输配管网系统的安全性和可靠性。根据大庆市天然气管网的特点,建立了一个以数字化的管网基础测绘资料为主要内容、以地理空间数据管理体系和数据服务体系为主要结构的天然气管网GIS系统。介绍了大庆市天然气GIS系统的功能和特点,阐述了其发布方案及实施方案。最后,提出了大庆城市天然气管网GIS系统在实际运行过程中应进一步研究和解决的问题。     

致密轻质油藏不同CO2注入方式沥青质沉积及储层伤害特征

致密轻质油藏注CO₂会引发沥青质沉积现象。为厘清不同CO₂注入方式下沥青质沉积特征及其对储层的伤害机理,以鄂尔多斯盆地延长组7段储层轻质原油为例,在明确CO₂注入量和压力对沥青质沉淀量影响的基础上,通过开展不同注入压力下CO₂吞吐和驱替实验,辅以核磁共振在线扫描技术,研究了不同注气方式下沥青质在岩心中的沉积特征,定量评价了不同注气方式下沥青质沉积对储层物性、润湿性和孔隙结构的伤害程度,从微观孔隙尺度剖析了沥青质沉积对储层的伤害机理。研究结果表明,沥青质主要在岩心入口端大量沉积,且越接近岩心出口端沉积量越小,驱替方式下的沥青质沉淀量和沉积区域大于吞吐方式;两种注入方式下孔隙度变化率相差较小,但驱替方式下的渗透率伤害率远高于吞吐方式;沥青质沉积引发岩石润湿性向亲油反转,润湿反转指数随注入压力的升高而增大,且驱替方式下的润湿反转指数大于吞吐方式;微观尺度下沥青质主要在大孔隙中沉积,但吞吐方式下大孔隙（0.092 μm≤T₂<4.500 μm）堵塞率随注入压力的升高而增大,小孔隙（0.009 μm≤T₂<0.092 μm）堵塞率则先下降、后上升;驱替方式下小孔隙和大孔隙堵塞率均随注入压力的增加而增大。     

CNG公交车高压供气管路共振隐患防控技术

为了消减压缩天然气(CNG)公交车高压管路的共振隐患,提高管路的安全性和可靠性,根据CNG公交车高压供气管路实际布局及约束特点构建仿真分析模型,进行了管路约束位置模态分析,然后基于平均驱动自由度理论,运用层次分析法对管路模态结果做出了评价,得出了针对管路约束位置的优化方案,并对比研究了优化前后的管路振动属性及动力特性。研究结果表明:①优化后的高压供气管路第1、2、3阶次的固有频率与发动机各工况转速激励频率不接近,管路发生共振的可能性极小;②管路其余阶次的固有频率都不在发动机各工况转速激励频率范围内,完全避免了管路共振;③优化后各约束位置的振动传递力有了明显减小。结论认为,该管路约束位置布局优化方案对控制CNG公交车高压供气管路振动特性、提高管路安全性和可靠性等都具有指导意义和实践价值。     

基于不确定性用气量的输气管网供气可靠度计算方法

由于未来用气量是一个随机变量,过去采用点预测的方式无法客观体现出其随机性的特征,由此得到的供气可靠性评价结果也难以客观反映实际情况。为了准确预测用气量,在调研输气管网供气量预测模型研究进展的基础上,提出了一种采用基于小波分解的神经网络模型来预测随机性用气量的供气可靠度计算方法,通过对比分析模型预测结果与实际用气量的误差,确定用气量所服从的分布类型及参数,结合管道的最大允许输气量,以供气可靠度最高作为目标函数,建立了优化流量分配及计算管网供气可靠度的数学模型,进而利用该模型对某一虚拟管网进行了供气可靠性评价。结果表明:(1)所建模型求解的流量分配方案优先保障权重较大/较为重要的用户,但会牺牲其他用户的供气可靠度,管网总体供气可靠度亦会下降;(2)取消权重后,管网总体供气可靠度提高,优先保障距离气源地较近的用户,若不要求完全满足用户的用气量,则在降低一定的标准后,所有用户的供气可靠度都能达标。结论认为:所提出的计算方法结合了用气量随机的特性,能够更加客观地评价管网的供气可靠度,同时由于引入了用户的权重,在计算管网供气能力的时候能优先满足重要的用户,更加符合实际情况,其评价结果可以指导输气管网的高效运行。     

多气源混输条件下天然气互换性问题分析——以浙江省天然气管网系统为例

浙江省天然气市场已进入高速发展阶段,"十二五"期间将逐步形成六大气源混输供应体系。气源多元化提高了天然气供应系统的安全性,但天然气产地及生产工艺不同,不同气源特别是管输天然气和液化天然气的组分及气质特性存在着较大差异,不同气源进入主干管网时必须考虑互换性。采用华白数法、美国燃气协会(A.G.A)法对浙江省现有五大气源天然气的互换性进行了分析。借鉴国外解决多气源互换性问题的相关做法,提出了浙江省多气源混输格局下管网供气的解决方案。     

2017年季节性供气紧张的原因与对策

研究2017年冬季季节性供气紧张形成过程,对于认识我国天然气行业的市场化现状,促进行业平稳发展具有重要意义。为此,基于大量数据分析了2017年我国冬季季节性供气紧张的演变过程和严重程度,进而在前人研究成果的基础上,依据天然气供求框架系统分析了供气紧张的形成原因,并提出了应对策略。结果表明：①2017年季节性供气紧张从9月初见端倪,10月开始出现,11月集中爆发,12月持续发酵,并演变为全国性供气紧张,其严重性体现在供气缺口巨大、波及区域广以及LNG价格大幅度上涨等方面;②经济回暖与“煤改气”导致天然气需求量的增长超过国内外气源的生产与储运能力约束下的供给增长,从而形成季节性供气紧张。最后,提出了针对性的应对策略：①以中游为突破口,上下游配合,有序推进天然气行业的市场化改革是解决季节性供气紧张的根本途径;②统筹推进旧管网的开放与新管网建设,有序建设联络线、核心管网、区域管网等新管网;③减缓经济波动与煤改气的冲击,增强供给的保障能力;④实行季节差价、峰谷差价等手段调节用气高峰需求,取消交叉补贴,推动气价并轨,出台区域性的应急调峰预案与建立区域性市场等。结论认为：2018年天然气供求形势预计有所好转,但形势依然不容乐观。     

天然气消费结构多目标优化分配模型

近年来冬季供暖期天然气消费需求持续旺盛,供需形势较为严峻,天然气紧缺又造成燃气机组(电网重要的调峰电源)的调峰能力无法有效发挥,严重制约了风电消纳能力。如何在冬季天然气供应紧张时期,考虑天然气的各类用途,实现天然气的合理分配,成为值得研究的重要课题。为此,引入粒子群多目标优化理论,充分考虑供给侧风电消纳与需求侧天然气负荷,综合设计了天然气供应收入最大化、供给侧风电消纳量最大化与天然气供应不确定性最小化3个目标函数,结合效用理论构建了考虑供应不确定性和调峰能力约束的天然气消费结构多目标优化分配模型,并以北京市城六区(东城区、西城区、朝阳区、海淀区、丰台区和石景山区)为例进行了模拟优化。研究结果表明:①天然气定价宜同时考虑社会效用和用户效用;②燃气机组调峰所带来的风电消纳效益受机组基本负荷利用小时数、燃气发电用气量以及供热期等因素的影响,从而验证了天然气消费结构的优化效果;③上述城六区应在原有天然气消费结构的基础上,小幅度增加发电、供热用气比例,保持商业及其他用气消费量稳定,大幅度缩减工业及天然气汽车用气量,以尽量满足居民用气量增加的需求。结论认为:北京市城六区优化后的天然气消费结构在满足各方天然气消费需求的同时,增加了总收入,提升了燃气机组调峰消纳风电的能力,证明该多目标优化分配模型能够为区域天然气消费结构优化调整提供理论和技术支撑。     

基于动态规划和黄金分割法的环状天然气管网运行优化

目前中国天然气管道主干线已经相互联接,形成了环套环的大型复杂天然气管网,随着各压气站燃驱压缩机组的增加,如何实现管网的稳态优化运行已成为一个技术难题。为此,在同时考虑管网中环状结构和枝状结构对于管道流量分配的影响,以及燃驱机组耗气量对管道内流量影响的基础上,结合管网模型分割思路,将黄金分割算法与动态规划算法进行融合,形成了改进后的动态规划和黄金分割混合算法。以华北地区某环状管网为案例的计算结果表明:①管网运行优化数学模型比单线管道模型增加了管道内过流量、燃驱耗气量等变量,进一步加大了管网模型的求解难度;②混合算法能够有效地对运行燃驱和电驱压缩机机组的包含环状和枝状小型管网的稳态运行优化数学模型进行求解;③混合算法的优化方案能提高管网压气站的出口压力、提高机组的运行效率,降低系统的功率消耗、减少系统能耗,同时增加管网的管存量,提供了管网额外的应急资源。结论认为,混合算法有效地破解了复杂管网优化技术难题,可以为当前中国大型天然气管网稳态运行优化提供参考。     

天然气管道放空系统失效的故障树分析

天然气在管道输送过程中往往存在超压问题,容易造成管道破裂,导致天然气泄漏、爆炸等事件,因此需要在天然气管道上设置放空系统。本文对引起天然气管道放空失效的各个因素进行系统分析,建立以天然气管道放空失效为顶事件的天然气管道放空失效故障树。通过利用故障树方法进行分析,计算基础事件导致管道放空失效的概率,寻找影响放空失效的根本原因,并提出了有效措施提高放空系统的可靠性。